Разработаны датчики изображения на основе перовскита

Максим Коваленко и его команда, работающая в Швейцарской высшей технической школе Цюриха и компании Empa, предложили новое решение, которое позволяет использовать каждый фотон света для распознавания цвета. Почти десять лет они занимались исследованиями датчиков изображения на основе перовскита.

В исследовании, опубликованном в Nature, они показывают, как работает новая технология.

Основой для их инновационного датчика изображения является перовскит на основе галогенида свинца. Этот кристаллический материал также является полупроводником. Однако, в отличие от кремния, его особенно легко обрабатывать, а его физические свойства зависят от точного химического состава. Именно этим исследователи и пользуются при производстве перовскитовых датчиков изображения.

Если перовскит содержит немного больше ионов йода, он поглощает красный свет. Для получения зелёного цвета исследователи добавляют больше брома, для получения синего — больше хлора — без каких-либо фильтров. Слои перовскитных пикселей остаются прозрачными для других длин волн, пропуская их.

Это означает, что пиксели красного, зелёного и синего цветов могут располагаться друг над другом в датчике изображения, в отличие от кремниевых датчиков изображения, где пиксели расположены рядом. Благодаря такому расположению датчики изображения на основе перовскита теоретически могут улавливать в три раза больше света, чем обычные датчики изображения с той же площадью поверхности, при этом обеспечивая в три раза более высокое пространственное разрешение. Исследователи из команды Коваленко смогли продемонстрировать это несколько лет назад, сначала с помощью отдельных пикселей большого размера, изготовленных из монокристаллов размером в миллиметр. Теперь они впервые создали два полностью функциональных тонкоплёночных перовскитовых датчика изображения. «Мы развиваем эту технологию, чтобы перейти от грубого подтверждения принципа к масштабу, в котором её можно будет использовать», — говорит Коваленко.

Перовскитовые датчики изображения всё ещё находятся на ранней стадии разработки. Однако с помощью двух прототипов исследователи смогли показать, что эту технологию можно миниатюризировать. Изготовленные с использованием тонкоплёночных процессов, распространённых в промышленности, датчики достигли целевого размера по крайней мере в вертикальном направлении.

В ходе многочисленных экспериментов исследователи протестировали два прототипа, отличающихся технологией считывания данных. Полученные результаты подтверждают преимущества перовскита: датчики более чувствительны к свету, точнее воспроизводят цвета и могут обеспечить значительно более высокое разрешение, чем традиционная кремниевая технология.

Тот факт, что каждый пиксель улавливает весь свет, также устраняет некоторые артефакты цифровой фотографии, такие как демозаику и эффект муара.

Однако потребительские цифровые камеры — не единственная область применения перовскитовых датчиков изображения. Благодаря свойствам материала они также особенно хорошо подходят для использования в машинном зрении. Человеческий глаз фокусируется на красном, зелёном и синем цветах.

Эти датчики изображения работают в формате RGB, потому что наши глаза видят в режиме RGB. Однако при решении конкретных задач желательно указывать другие оптимальные диапазоны длин волн, которые должен считывать датчик изображения компьютера. Часто их больше трёх — так называемая гиперспектральная съёмка.

Сообщение Разработаны датчики изображения на основе перовскита появились сначала на Время электроники.